教育教学理论与现代教育技术：概念图和思维导图

现实生活中我们都感觉到图形图像已经铺天盖地了，“一图胜千言”，不论是配合文字还是单独出现，人们从图形图像中得到的信息都远远超出了文字或口头言语的表达。这种特征也广泛地体现在教育中，概念图、思维导图就是越来越被广泛地应用于教学的典型一例。概念图、思维导图也是盛行于国外特别是欧美国家的一种教学形式。

（一）思维可视技术概述

1.思维可视化

思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，反映的是事物的本质和事物间规律性的联系。思维可视化是一种以数据可视化、计算可视化和信息可视化为基础，促进知识的传播和创新的技术。“思维可视化”就是把学习过程中的思考方法和思考路径通过图示技术呈现出来。思考方法主要包括在学习过程中常用的抽象、概括、区分、推理（演绎、归纳、类比）分析、综合等逻辑思考的方法，还包括发散、聚合、递进、抽具象转化等思考方式，思维路径主要指思维过程中的思维发展线索（包括横向展开、纵向推进、侧向切入等）。

实现“思维可视化”的技术主要有：图示技术（思维导图、模型图、流程图、概念图、图像、图示等）；生成图示的软件技术（Mindmanager、Mindmapper、FreeMind等）；交互式软件（实现学习者与可视化学习资源的双向互动）；网络信息平台建设，实现可视化教学资源的共享，突破时间、空间和学习人数的限制；利用PPT、投影仪、交互式电子白板、电子书包、一体机等将思维可视化教学资源呈现出来。

这里着重介绍两种思维可视技术：概念图和思维导图。

2.概念图

（1）概念图的定义

概念图（Concept Map）是一种用节点代表概念，连线表示概念间关系的图示法。

概念图的理论基础是奥苏贝尔的学习理论。知识的构建是通过已有的概念对事物的观察和认识开始的。学习就是建立一个概念网络，不断地向网络增添新内容。为了使学习有意义，学习者个体必须把新知识和学过的概念联系起来。奥苏贝尔的先行组织者主张用一幅大的图画，首先呈现最笼统的概念，然后逐渐展现细节和具体的东西。诺瓦克于1970年在康奈尔大学提出概念图绘制技巧。当时，诺瓦克将这种技巧应用在科学教学上，作为一种增进理解的教学技术。概念图的开发是以奥苏贝尔的教育心理学为基础的。意义学习是奥苏贝尔教育心理学中最重要的观念之一，奥苏贝尔对机械学习和有意义学习做了重要的区分，认为有意义学习需要三个条件，而概念图对于满足这些条件有独到的优势。

（2）概念图的特征

①层级结构

运用层级结构的方式表示概念之间的关系。含义最广、最具概括性的概念在最上端，更多的、明细的、概括性不强的概念依次排列在下方。一个特定知识领域的概念层级结构也取决于这个知识应用的背景，因此，构建概念图最好能够参考我们试图回答的特定的问题，或者参考我们希望通过概念图来理解的事物或情境。

②交叉连接

运用交叉连接表示概念之间的关系。交叉连接表明了概念图上的某些领域知识相互联系的方式。在新知识的创建中，交叉连接表明了知识创造的跳跃性。

③理性与情感交融

虽然概念图表现的是概念和命题，但同样反映了创建者在创建概念图过程中的情感状态，概念图既有理性的、清晰性的特点，也映射了创建者的情感品质。

（3）概念图的建构

①必须列出概念。

②把含义最广，最有包含性的概念放在图的顶端。可是，有时要确定含义最广，最有包容性的概念比较困难。

③继续往下写，以增加更多具体的概念。任何一个概念下面不要有三个以上连接的概念。用线条把概念连接起来，并用连接词注明连接。连接词语应能说明两个概念之间的关系，这种说明可视为一句陈述或叫命题。连线使概念之间建立了意义。

④寻找概念图不同部分概念之间交叉线的联结，并标明连接线。

⑤把说明概念的具体例子写在概念旁。

（4）概念图的应用

概念图在教育以及商业中广泛用于头脑风暴（Brain-Storming）以及传达一些复杂概念，概念图被认为有助于创意奇想。例如，概念图绘制有时被用作为头脑风暴的工具。虽然概念图通常是非常个人化且特殊的，但是也会被用在复杂概念的沟通工作中。形式化的概念图也被用在软体设计工作中。通常这种概念图会以Unified Modeling Language（UML）作为开发方法中的表记系统。在人工智慧与语义网路之类的研究中，概念图绘制也被视为一种初阶的“本体建构（Ontology-Building）”以表征形式化的论证（Formal Argument）。

（5）概念图软件

Inspiration是由美国Inspiration公司开发的一种专用概念图软件，主要是服务于广大教师和学生开展教学与学习的，尤其面向中小学学生。Inspiration在不断地升级和完善过程中，形成了界面简单、操作直观、容易上手的特色。使用过Office软件的人会感到很轻松，花上一到两个小时，就基本上可以利用它来制作概念图了。

Inspiration的功能特点有如下几点。

①在利用Inspiration制作出来的概念图中，除了主题概念（Main Idea）外，它的每一个层级节点和注释（Note）都可以隐藏。

②Inspiration可以对概念图中的每一个节点进行详细的解释和阐述，使得初学者对该节点（抽象的概念）有一个更形象的认识，在inspiration中这叫作注释（Note），标注可以用文字、图片或者其他各种媒体形式。

③在Inspiration中各个节点都是模仿人脑模型的一种链接，另外各个节点还可以超链接到某一种不易被导入进来的媒体形式、程序或者互联网资源上。

④Inspiration界面直观，操作简单。同利用纸笔画概念图类似，用户只需要拖动符号框并输入文字就形成了一个节点，在不同的节点之间拉出箭头连线并在连线上输入节点之间的关系就形成了一个命题。而且利用计算机修改概念图更加容易、便捷。

⑤Inspiration为用户提供了丰富的素材库，包括各种基本图形、数字、艺术、科学、文化、地理、食品、健康、人物、技术以及娱乐等在内的1300多种彩色静态或动态图形符号。另外用户也可以自己添加创建和导人新的素材到素材库中。

3.思维导图

（1）思维导图的定义

思维导图是20世纪60年代英国人东尼·博赞创造的一种笔记方法，与传统的直线记录方法完全不同，它是一种将放射性思考具体化的方法。我们知道放射性思考是人类大脑的自然思考方式，每一种进入大脑的资料，不论是感觉、记忆或是想法——包括文字、数字、符码、香气、食物、线条、颜色、意象、节奏、音符等，都可以成为一个思考中心，并由此中心向外发散出成千上万的关节点，每一个关节点代表与中心主题的一个联结，而每一个联结又可以成为另一个中心主题，再向外发散出成千上万的关节点，呈现出放射性立体结构，而这些关节的联结可以视为您的记忆，也就是您的个人数据库。

思维导图又叫心智图，是表达发射性思维的有效的图形思维工具，它简单却又极其有效，是一种革命性的思维工具。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接。思维导图充分运用左右脑的机能，利用记忆、阅读、思维的规律，协助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展，从而开启人类大脑的无限潜能。思维导图因此具有人类思维的强大功能。

（2）思维导图的特点

思维导图的核心思想就是把形象思维和逻辑思维结合起来，让人的左右半脑在思维过程中同时运作，最终将思维痕迹在纸上用图画和线条形成发散性的结构，呈现一个容易记忆的顺应大脑发散性思维的自然表达过程。

东尼·博赞认为思维导图有4个基本的特征：

①注意的焦点清晰地集中在中央图形上。

②主题的主干作为分支从中央图形向四周放射。

③分支由一个关键的图形或者写在产生联想的线条上的关键词构成。比较不重要的话题也以分支形式表现出来，附在较高层次的分支上。

④各分支形成一个连接的节点结构。因此思维导图在表现形式上是树状结构。

（3）思维导图的应用

思维导图可以应用于生活和工作的各个方面，包括学习、写作、沟通、演讲、管理、会议等，运用思维导图带来的学习能力和清晰的思维方式会改善人的诸多行为表现。

①提高学习速度和效率，更快地学习新知识与复习整合旧知识。

②激发联想与创意，将各种零散的智慧、资源等融会贯通成为一个系统。

③形成系统的学习和思维习惯，将能够达到众多想达到的目标，包括快速地记笔记，顺利通过考试，轻松地表达沟通、演讲、写作、管理等。(www.xing528.com)

④打开大脑潜能的强有力的图解工具，可以运用于生活的各个层面，帮助我们更有效地学习，更清晰地思维。

（4）思维导图软件

FreeMind是一套由Java撰写而成的实用的思维导图软件，可用来帮助整理思绪，可将每一个环节用图形表示，通过将思路图形化、结构化，帮助对整个作业流程的了解。

FreeMind的功能特点如下：

①管理项目（包括子任务的管理、子任务的状态、时间记录、资源链接管理）。

②笔记或知识库。

③文章写作或者头脑风暴。

④结构化的小型数据库。

4.思维导图与概念图的异同

在国外，不论是从公司的培训还是从学校的教学研究情况都可以看到，思维导图和概念图的发展隶属于两个不同的分支，它们有着各自的发展空间和领域。而对于国内的情况来说，人们往往在对他们的认识和应用上把它们的概念互相混淆。从定义上看，思维导图注重具体建构的过程，而概念图注重建构的结果。

从知识表示的能力看，思维导图呈现的是一个思维过程，学习者可以通过思维导图理清思维的脉络，掌握整个知识架构，从而有利于直觉思维的形成，促进知识的迁移；而概念图能够构造一个清晰的知识网络，并使得学习者通过概念图直观快速地把握一个概念体系。

从制作方法上看，思维导图往往是从一个主要概念开始，随着思维的不断深入，逐步建立的一个有序图，它是对思维过程的导向和记录；而概念图则是先罗列所有概念，然后建立概念和概念之间的关系，一幅概念图中可以有多个主要概念。

（二）概念图在教育教学中的应用

1.概念图的教学意义

（1）优化知识的表征，促成思维可视化

一般来说，教师往往习惯采用线性文本的形式将教学内容的各条要素罗列出来，对于较为复杂的知识，这种方法显示的知识零散而不系统，容易造成学生概念上的混淆和模糊，不便于学生对知识的掌握。与线性文本不同的是，概念图能够很好地突出知识网络的内部结构以及概念之间的上下位关系。通过手工方式或专用软件绘制知识概念图，教师可以为学生提供系统、完整的知识网络结构，同时清晰地映射出自己对知识的整个思维过程，达到思维的可视化。这种知识表征形式无疑可以加深学生对知识的理解和内化。

（2）实现知识导学和课程导航

任何一门课程都有一定的系统性和复杂性，知识包罗万象，概念错综复杂。各个知识单元之间既有缜密的逻辑关系，又相对独立地形成单独的知识点。因此，教师常常按照课程知识的逻辑顺序分阶段进行授课，组织安排每堂课的教学进度。然而，对于刚刚进入该课堂学习的学生而言，对课程的全貌和系统结构往往没有清晰的认识，知识被动地进入某个知识分支进行学习，接收了具体的知识碎片，却不能判断自己目前的学习处于整个网络的哪一具体位置，把握不了知识全貌。这种情况在每堂课之前甚至在同一堂课上都有可能出现，阻碍了学生新旧知识之间的融会贯通。为解决这一常见问题，我们可以适当采用概念图来辅助课堂教学。教师可以在讲授一门新课之前首先用一幅总概念图展示课程的知识全貌，实现知识导学；也可以在每堂课上呈现所要教授的知识分支的概念图，作为课程导航。据此，学生可以有目的地进入学习状态，对自己的学习有一个清晰的认识。

（3）改善学生信息加工方式，提升思维能力

人类的学习是一种典型的认识活动，它本质上是学习者主动建构自己关于整个人化自然环境的认知结构的过程。绘制概念图的过程其实就是以直观形象的方式进行个人思考和表达的过程，非常接近人的自然思维过程。这种信息加工方式避免了简单、机械地记忆、复述知识，需要学生运用概念图主动地进行系统化的知识的分析、加工和整理。学生的理解和记忆力可以得到有效的提高，发散思维和创造性思维也将大大提升。

（4）创设有意义的学习环境，实现师生会话和小组写作

奥苏贝尔认为影响学生有意义学习的因素是学生原有认知结构中的概念与当前所学的新概念之间的“可利用性”“可分辨性”和“稳定性”。只有增强原有概念与当前所学概念之间的“可利用性”“可分辨性”和“稳定性”，才能促进有意义的学习。

概念图作为一种图示化的组织和描述知识的工具，可以形象地展示学生认知结构中概念之间、概念与命题之间以及命题与命题之间的关系，增强学生新旧概念之间的“可分辨性”和“稳定性”，我们可以使用概念图来创设问题情境或事实情境，通过学生小组共同制作概念图和概念图的对比促进学生的会话和协作跨越机械学习和意义学习的鸿沟，实现意义建构。

2.概念图教学的教法步骤

（1）教学准备

教学准备包括课前的准备和课堂中概念图的任务安排。概念图在整个内容框架上可以用来组织课程内容、准备特定的课堂教学和给学生提供材料。在教学准备阶段，教师首先要了解概念图支持的教学使用范围和对象、学生的概念图引用基础知识等内容，在此基础上才能确定使用概念图的难易程度。对没有基础知识的学生，还要进行概念图的操作启蒙。

（2）构思教学流程

按照教学的内容需要和学生的特点构思教学的流程，每个老师都有自己的教学风格，概念图教学法的流程也可以因人因内容而异。比如：教师要考虑如何创设情景导入新课，从而激发学生的学习兴趣。在讲授新课的过程中采用什么样的教学方法、教学策略，如何组织分组学习及如何进行学习评价等等。

（3）构思并绘制概念图

这是课程的重要环节，为下一步学生绘制概念图打下基础。只要学生在此环节建立起清晰的知识点框架，他们便能比较轻松地绘制出概念图。在此过程中老师要引导同学们从几个大的方面来讨论，有意识地引导学生形成相对完整的知识框架。课堂可以采用小组讨论的形式，让大家充分交流，使学生能形成头脑风暴，充分发挥集体的智慧。并在此过程中找出关键词，形成概念的层级结构，找出概念间简单的联系。学生根据自己的兴趣选择一个软件，在上个环节讨论的基础上绘出知识框架图。先列出各个关键词，确定出他们不同的层级，先画成树形的结构，再在不同的概念之间加入不同的关系连接。可以根据需要标出各关系的名称，还可以按照自己平时的经验想法加入多个分支，或许分到最后一层与主体的关系就淡化了，但是它与自己的最近连接是紧密相连的。

（4）成果展示与评价

学生展示自己的作品，学生之间互相讨论、评价、修改。然后老师在此基础上再集中点评，完善概念图。在师生的共同努力下，形成完整的知识结构，并在此基础上列出相关联的知识。使同学们都能绘制出一个较完整的概念图。同学们还可以在以后的学习中不断添加，丰富自己的知识系统。

（三）思维导图在教育教学中的应用

1.思维导图的教学功能

在教学过程中采用思维导图进行课程的设置，探讨新的学习方法技巧，可以帮助我们在以下方面取得突破性的收获。

（1）帮助师生掌握正确有效的学习方法策略，更快更有效地进行课本知识的传授，促进教学的效率和质量的提高。在制作思维导图的过程中，会涉及如何快速地阅读和信息整理的内容。在整理和绘制思维导图的过程中，关键词和核心内容的查找可以更好地帮助老师和学生们，加强对所学知识的理解并将所学内容进一步加以深化。

（2）建立系统完整的知识框架体系，对学习的课程进行有效的资源整合，使整个教学过程和流程设计更加的系统、科学、有效。利用思维导图进行课程的教学设计，促成师生形成整体的观念和在头脑中创造全景图，进一步加强对所学和所教内容的整体把握，而且可以根据教学过程和需要的实际情况做出具体的、合理的调整。

2.思维导图教学的教法步骤

（1）课程导入

根据奥苏贝尔的有意义学习，学习者在学习新知识的时候，其已有知识非常关键。而先行组织者的提供，是利于学习者将已有的知识与新知识相联系，激起学习者的学习兴趣，促进知识的建构。

（2）提出任务

根据课程的主题，提出一个明确的学习任务。让学习者对学习内容感兴趣，主动实施知识建构。

（3）实施教学

在实施教学的过程中，根据教学内容的安排，选择不同的教学策略实施。在这个过程中，可以使用思维导图来引导学生积极地去探讨学习内容。比如说在任务驱动型的教学中，提出了学习任务，学习者积极思考任务。这个时候可以使用思维导图来引导学习者参与到课堂中来，师生共同建构思维导图，加深学生印象。

（4）总结

在这一阶段，通过课堂教学，学习者对知识点已经有了一定的认识，为了加深学习者知识的自我建构，在总结的阶段使用思维导图来梳理学生的知识体系，当然要引导学习者加入进来，师生共同建构，加深知识体系完整和学生的知识记忆。

要注意的是，思维导图在不同类型的课中，有不同的教法步骤。思维导图应用在讲授新课、复习课中有很多优越性。这里只说明通用的教学步骤，读者可尝试和总结使用思维导图在不同类型课中的模式和策略。